シングルモードファイバーレーザーのコア構造

コア構造シングルモードファイバーレーザー

シングルモードの優れた性能ファイバーレーザーその特長は、精密な内部構造設計にあります。すべての構成要素間の効率的な協調動作が、安定した高品質なレーザー出力を実現するための基盤となっています。

例えば、比較的高い電気光学変換効率を持つ976nmレーザーを用いてドープファイバーを励起し、その後、ビーム品質の良い1064nmシード光を用いて励起されたドープファイバーを導波することで、より高エネルギーの1064nmレーザーを放出する。必要な1064nmレーザーのエネルギーが高いほど、励起光源の出力と量も大きくなる。

主要構成要素の詳細な説明

ポンプ源は、レーザ通常は半導体レーザーダイオードは、その発光波長が利得媒体の吸収ピークと一致する（例えば、イッテルビウム添加ファイバーは915nmまたは976nmの波長に対応する）。シングルモードレーザーでは、励起光源も高い空間コヒーレンスを持つ必要がある。そのため、励起光を細いシングルモードファイバーコアに効率的に注入できるように、シングルモードファイバー結合型レーザーダイオードがよく用いられる。

2. ゲインファイバーはレーザー発生の中核となる媒体であり、通常は希土類元素を添加した石英ガラスファイバーです。一般的な添加イオンには、イッテルビウム（Yb³⁺）、エルビウム（Er³⁺）、ツリウム（Tm³⁺）などがあり、それぞれ異なる出力波長帯（1064nm、1550nm、2μmなど）に対応します。ゲインファイバーの長さは、励起光を完​​全に吸収しつつ、高効率な光電変換を維持するために、精密に設計する必要があります。

3. 共振器の最も一般的な実装形態は、ファイバーブラッググレーティングペアです。グレーティングは、光ファイバーに紫外線レーザーの干渉縞を照射することで形成され、コア領域の屈折率に周期的な変化が生じます。グレーティングの周期と長さを制御することで、反射光の中心波長と帯域幅を精密に制御できます。この完全ファイバー化された共振器構造は、光学レンズなどの個別部品を必要としないため、システムの安定性と耐干渉性を大幅に向上させます。

4. ビームコリメーション出力システムは、通常、出力端グレーティングの後ろに配置されています。その機能は、光ファイバーから発せられた発散レーザー光を平行光に変換するか、あるいは作業面に集光することです。このシステムは通常、自己集束レンズまたは超小型レンズ群で構成され、精密な機械構造を採用することで、アライメント精度を確保しています。高品質な光学設計により、収差を効果的に低減し、出力ビームが優れたガウス分布を維持することを保証します。